论文部分内容阅读
【摘 要】 作者结合本人多年实战经验，对聚丙烯纤维再生混凝土柱进行了研究，从柱的受压性能方面进行了论述，并采用ABAQUS有限元模拟的方法，对极限承载力和荷载—挠度曲线进行了分析，得到了柱的承载力变化和荷载—挠度关系。
【关键词】 聚丙烯纤维;再生混凝土;有限元;承载力
废弃混凝土块经破碎、分级并按一定的比例混合后形成的骨料称为再生骨料或再生混凝土骨料，利用再生骨料代替部分或全部天然骨料配制的混凝土，称为再生骨料混凝土，简称再生混凝土。目前，再生混凝土在我国的应用主要集中在刚性路面上，并且大部分国外学者把对再生骨料和再生混凝土的研究重点放在基本力学性能上，并且已有成功应用于刚性路面以及建筑结构物的例子，再生混凝土技术的应用会带来明显的社会、环境和经济效益，但是往往被认为是发展绿色生态混凝土的主要措施之一。国内外对于再生混凝土柱力学性能的研究已相当多。然而，再生混凝土的内部存在着一定的缺陷，使其强度和韧性都有所降低，为了弥补这些缺陷，在再生混凝土中加入一些短纤维，可有效改善这些缺陷。聚丙烯纤维具有耐酸碱性好、不吸水、质量轻的特性，在混凝土配合比不变的条件下，在混凝土中加入聚丙烯纤维能有效提高其韧性和强度，抗压强度是混凝土最基本的力学性能之一，本文通过改变再生骨料掺入量、纤维长度，进行柱轴心抗压强度的对比试验研究，试验证明了掺入纤维的再生混凝土柱的抗压强度相对于普通混凝土要有所提高。
1 试验简介
1.1试件尺寸和有限元模型
此次试验采用的是ABAQUS有限元模拟软件，ABAQUS是一套目前用于实际工程模拟有限元分析，具有强大功能的有限元软件，是国际上公认的用于研究分析有限元的最先进的软件之一。模拟试验的短柱尺寸选择为200mm×200mm×800mm，混凝土设计强度采用C40，钢筋采用HRB400，再生混凝土掺入量为100%;纤维长度为19mm，纤维体积掺量分别为0，0.08%，0.12%，0.16%，配合比见表1，共做4个试件，对其进行轴心压力，分组情况见表2。
表1 聚丙烯纤维再生混凝土配合比设计
水灰比 再生粗骨料含量/% 水泥
kg/m3 砂
kg/m3 碎石
kg/m3 再生粗骨料kg/m 自由水
kg/m3 附加水
kg/m3
0.5 100 390 709 0 1156 195 20
表2 聚丙烯纤维再生混凝土试件分组
试件 再生骨料掺量/% 纤维长度/mm 纤维掺量/% 混凝土强度 轴压比
1 100 19 0 C40 0.4
2 100 19 0.08 C40 0.4
3 100 19 0.12 C40 0.4
4 100 19 0.16 C40 0.4
有限元模型见图1，网格划分采用的是ABAQUS中的一种C3D20R单元来进行模拟混凝土材料，它可以很好的模拟出混凝土在复杂应力状态下的破坏形态。
a）混凝土网格划分模型 b）钢筋笼示意图
图1 聚丙烯再生混凝土柱有限元模型
1.2本构关系
聚丙烯纤维再生混凝土的本构关系由试验做出，进行修正后绘制成曲线。
2 模拟试验结果与分析
2.1承载力变化
聚丙烯纤维再生混凝土试验承载力了聚丙烯纤维后有了明显的提升，体积掺入量为0.08%时，轴心受压承载力增加了26.7%，体积掺入量为0.12%时，轴心受压承载力增加了37.88%，体积掺入量为0.16%时，承载力增加了30.59%，相比较而言，体积纤维掺量在0.12%时轴心受压承载力提升最高，超过0.12%后承载力略有下降。0.08%和0.16%时的极限承载力相差不多，说明0.12%是体积掺入量的一个峰值。
2.2轴心受压挠度分析
聚丙烯纤维再生混凝土柱在受到轴心压力时，构件的极限挠度均小于1mm，当掺入的纤维体积量改变时，极限挠度的变化不是很大，不掺纤维时，极限挠度最大，掺入0.12%时的极限挠度值最小。不掺纤维时，再生混凝土的挠度变化最快，当纤维掺量为0.12%时，再生混凝土的挠度变化最慢，即在再生混凝土中添加聚丙烯纤维时，随着纤维体积掺量的增加，混凝土的极限挠度减小，达到0.12%时，挠度最小，随着纤维掺量的增加混凝土挠度变化减慢，当达到0.12%时，混凝土的挠度变化最缓慢，之后，继续增加纤维，挠度变化速度增加。
3 结语
1）掺入聚丙烯纤维可以有效提高再生混凝土极限承载力。掺入聚丙烯纤维后，随着纤维掺入量的增加，聚丙烯纤维再生混凝土的极限承载力增大，当纤维体积掺量继续增加后，聚丙烯纤维再生混凝土极限承载力下降或者增长趋势有所减弱。当掺入量达到0.12%时，极限承载力有所下降或者增加趋势有所减弱。
2）聚丙烯纤维再生混凝土的荷载—挠度曲线随聚丙烯纤维的掺入量增多而减小，与普通混凝土的荷载—挠度关系是一致的。随着聚丙烯纤维掺入量的增加，挠度曲线变化越来越慢，当纤维体积的掺量继续增加到0.12%时，荷载—挠度曲线变化达到最小。
【关键词】 聚丙烯纤维;再生混凝土;有限元;承载力
废弃混凝土块经破碎、分级并按一定的比例混合后形成的骨料称为再生骨料或再生混凝土骨料，利用再生骨料代替部分或全部天然骨料配制的混凝土，称为再生骨料混凝土，简称再生混凝土。目前，再生混凝土在我国的应用主要集中在刚性路面上，并且大部分国外学者把对再生骨料和再生混凝土的研究重点放在基本力学性能上，并且已有成功应用于刚性路面以及建筑结构物的例子，再生混凝土技术的应用会带来明显的社会、环境和经济效益，但是往往被认为是发展绿色生态混凝土的主要措施之一。国内外对于再生混凝土柱力学性能的研究已相当多。然而，再生混凝土的内部存在着一定的缺陷，使其强度和韧性都有所降低，为了弥补这些缺陷，在再生混凝土中加入一些短纤维，可有效改善这些缺陷。聚丙烯纤维具有耐酸碱性好、不吸水、质量轻的特性，在混凝土配合比不变的条件下，在混凝土中加入聚丙烯纤维能有效提高其韧性和强度，抗压强度是混凝土最基本的力学性能之一，本文通过改变再生骨料掺入量、纤维长度，进行柱轴心抗压强度的对比试验研究，试验证明了掺入纤维的再生混凝土柱的抗压强度相对于普通混凝土要有所提高。
1 试验简介
1.1试件尺寸和有限元模型
此次试验采用的是ABAQUS有限元模拟软件，ABAQUS是一套目前用于实际工程模拟有限元分析，具有强大功能的有限元软件，是国际上公认的用于研究分析有限元的最先进的软件之一。模拟试验的短柱尺寸选择为200mm×200mm×800mm，混凝土设计强度采用C40，钢筋采用HRB400，再生混凝土掺入量为100%;纤维长度为19mm，纤维体积掺量分别为0，0.08%，0.12%，0.16%，配合比见表1，共做4个试件，对其进行轴心压力，分组情况见表2。
表1 聚丙烯纤维再生混凝土配合比设计
水灰比 再生粗骨料含量/% 水泥
kg/m3 砂
kg/m3 碎石
kg/m3 再生粗骨料kg/m 自由水
kg/m3 附加水
kg/m3
0.5 100 390 709 0 1156 195 20
表2 聚丙烯纤维再生混凝土试件分组
试件 再生骨料掺量/% 纤维长度/mm 纤维掺量/% 混凝土强度 轴压比
1 100 19 0 C40 0.4
2 100 19 0.08 C40 0.4
3 100 19 0.12 C40 0.4
4 100 19 0.16 C40 0.4
有限元模型见图1，网格划分采用的是ABAQUS中的一种C3D20R单元来进行模拟混凝土材料，它可以很好的模拟出混凝土在复杂应力状态下的破坏形态。
a）混凝土网格划分模型 b）钢筋笼示意图
图1 聚丙烯再生混凝土柱有限元模型
1.2本构关系
聚丙烯纤维再生混凝土的本构关系由试验做出，进行修正后绘制成曲线。
2 模拟试验结果与分析
2.1承载力变化
聚丙烯纤维再生混凝土试验承载力了聚丙烯纤维后有了明显的提升，体积掺入量为0.08%时，轴心受压承载力增加了26.7%，体积掺入量为0.12%时，轴心受压承载力增加了37.88%，体积掺入量为0.16%时，承载力增加了30.59%，相比较而言，体积纤维掺量在0.12%时轴心受压承载力提升最高，超过0.12%后承载力略有下降。0.08%和0.16%时的极限承载力相差不多，说明0.12%是体积掺入量的一个峰值。
2.2轴心受压挠度分析
聚丙烯纤维再生混凝土柱在受到轴心压力时，构件的极限挠度均小于1mm，当掺入的纤维体积量改变时，极限挠度的变化不是很大，不掺纤维时，极限挠度最大，掺入0.12%时的极限挠度值最小。不掺纤维时，再生混凝土的挠度变化最快，当纤维掺量为0.12%时，再生混凝土的挠度变化最慢，即在再生混凝土中添加聚丙烯纤维时，随着纤维体积掺量的增加，混凝土的极限挠度减小，达到0.12%时，挠度最小，随着纤维掺量的增加混凝土挠度变化减慢，当达到0.12%时，混凝土的挠度变化最缓慢，之后，继续增加纤维，挠度变化速度增加。
3 结语
1）掺入聚丙烯纤维可以有效提高再生混凝土极限承载力。掺入聚丙烯纤维后，随着纤维掺入量的增加，聚丙烯纤维再生混凝土的极限承载力增大，当纤维体积掺量继续增加后，聚丙烯纤维再生混凝土极限承载力下降或者增长趋势有所减弱。当掺入量达到0.12%时，极限承载力有所下降或者增加趋势有所减弱。
2）聚丙烯纤维再生混凝土的荷载—挠度曲线随聚丙烯纤维的掺入量增多而减小，与普通混凝土的荷载—挠度关系是一致的。随着聚丙烯纤维掺入量的增加，挠度曲线变化越来越慢，当纤维体积的掺量继续增加到0.12%时，荷载—挠度曲线变化达到最小。